|
Крокохід Крокохо́ди або крокува́льні маши́ни — різноманітні машини, що пересуваються за допомогою опорних конструкцій, які згинаються або обертаються на шарнірі («ніг»), завдяки їх синхронізованому поступальному переставлянню (нагадує кроки людини або тварини, тобто машини, що «крокують») з гідравлічними, механічними, електричними та іншими приводами зазначених конструкцій та їх комбінаціями — електромеханічними, гідромеханічними тощо. Зважаючи на конструктивну складність виконання, неясність цільового призначення, і як наслідок, невизначеність сфери практичного застосування з одного боку, а з іншого боку — дешевизну, надійність та простоту експлуатації сухопутних машин на традиційних варіантах рухомої платформи (насамперед, колісній, гусеничній, рейковій, канатно-тросовій, а також фрезерно-кільцевій, магнітно-левітаційній тощо), крокувальні машини наразі не набули у реальному житті значного поширення. З механізмів, що використовуються на практиці, можна назвати крокувальні екскаватори[ru]. Іншими важливими факторами, що перешкоджають впровадженню їх у промисловість, народне господарство або військову техніку, є енерговитрати, відносно високі самі по собі та їх зростання в міру збільшення маси переміщуваного тіла, довжини рухомих опорних конструкцій (крокувальних «кінцівок») і амплітуди кроку, а також вестибулярні навантаження на людину-оператора (водія) через нестійке положення кабіни оператора в «двоногих» і «чотириногих» моделях (тому основний напрям робіт, що реалізує такі варіанти конфігурації крокувальних опорних конструкцій — робототехніка, яка не вимагає перебування людини в машині та керована дистанційно або бортовим комп'ютером із закладеним алгоритмом дій). Крокоходи дуже популярні в науковій фантастиці як приклади наземної техніки (зокрема бойової), зустрічаються в аніме та манзі, де активно використовуються як жанрова особливість меха-сентай. У порівнянні з колісною та гусеничною технікою крокоходам властива підвищена прохідність по перетятій місцевості. Головною проблемою у створенні крокоходів є співвідношення ціни та ефективності (зокрема маршової швидкості руху), а також відсутність достатньо енергоємних і при цьому компактних джерел енергоустановки та швидкодійних приводів для ходових ніг. Однак зараз триває розробка повноцінних крокувальних машин[1]. Історія
Творцем першого крокохода в сучасному розумінні цього слова можна вважати російського вченого П. Л. Чебишова, який у 1860-х — 1870-х роках експериментував із крокувальними механізмами різної конфігурації[2]. Проте, ні промисловість, ні наука тих років не зацікавились такого роду пристроями і вони ще довгий час існували у вигляді химерних винаходів, іграшок тощо. Про їх практичне застосування для вирішення промислових або військових завдань не йшлося. Перша раціоналізаторська пропозиція використовувати крокоходи для військових цілей відноситься до 1940 року, — на початковому етапі Другої світової війни, під враженням від успіхів Вермахту у Франції, британські вчені, співробітники інженерної компанії «Аллен & Ко» А. Хатчінсон і Ф. Сміт запропонували створити тисячотонний ходячий танк (1000-ton walking tank) на чотирьох опорних кінцівках, щоб ефективно протистояти німецьким Панцерваффе. Під їх керівництвом інженери компанії склали добірку креслень та технічної документації для промислового виробництва винаходу. Підвісна система ходячого танка теоретично забезпечувала йому стійкість у русі по нерівній поверхні. Зацікавити британські імперські органи управління військовою промисловістю і наукою цим проєктом не вдалося і задум у планованому вигляді реалізований не був, військове міністерство припинило фінансування проєкту на користь практичніших напрямків роботи і вченим лише вдалося сконструювати дослідний прототип крокувального танка менших розмірів зооморфного вигляду, деяку подобу обертових тазостегнових і колінних суглобів (rolling thigh joint), керованих системою тросів, що обплутували опорні кінцівки машини і сходилися в консолі оператора. Оператор керував машиною натискаючи руками та ногами на важелі та педалі відповідно. Важелі надавали руху переднім кінцівкам, педалі — заднім кінцівкам. Механічні зусилля оператора передавалися на згини опорних кінцівок через гідропідсилювачі. Машина успішно підіймалася на підвищення на зразок купи книг[3]. Початок розвитку крокувальних машин покладено в післявоєнний час, у 1950-ті роки. 1954 року в США ініційовано програму проведення фундаментальних досліджень та науково-дослідних робіт з тематики створення «природних машин», що реалізують у своїй конструкції природні форми та способи локомоції живих істот. За межі креслень та обґрунтування недоцільності технічного втілення подібного роду задуму справа тоді не пішла. Далі серед залучених наукових установ просунувся Ратґерський університет, група вчених якого під керівництвом завідувача кафедри машинобудування, професора Р. К. Бернарда фактично задала напрямок усіх подальших робіт. Вчені добре опрацювали теоретичний бік питання розробки біомеханічних рушіїв і випробували мініатюрні моделі крокувальних, бігальних, скакальних, чвалувальних, стрибальних і повзальних пристроїв. З усіх досліджених форм саме «важільна машина» (levered vehicle) у підстрибувальному чи крокувальному варіанті реалізації, на думку вчених, була найпридатнішою до виконання різних військових завдань. При цьому саме підстрибувальну машину визнали ідеальним варіантом такого роду, за зразок для копіювання кінцівок і рухів серед представників фауни конструкторським установам пропонували брати звичайних коників. Проте, було визнано, що такий варіант є найскладнішим для технічної реалізації, оскільки неодмінно вимагає додаткових засобів коригування траєкторії польоту (ті ж коники мають для цього крила, що дозволяють їм коригувати траєкторію польоту та збільшують точність приземлення, а кенгуру користуються хвостом), не кажучи про динамічні навантаження на опорні кінцівки в момент поштовху і особливо приземлення. Тому, попри те, що підстрибувальні машини перевершували крокувальні в швидкості і маневреності, останні визнано простішими для технічного опрацювання. Машинобудівному факультету Мічиганського університету під керівництвом декана факультету, професора Джозефа Шиглі доручили розробити моделі трансмісії та передач для таких машин. Власне, саме перед проф. Шиглі та його колективом науковців було поставлено те, що можна назвати тактико-технічним завданням із десяти пунктів цілком конкретних по суті (8 із 10 пунктів відповідали принципам пересування живих істот і лише 2 мали явно штучне походження), оскільки всі попередні роботи мали абстрактний характер. Колектив університету Мічігану створив машину на 16 кінцівках з ручним управлінням оператором з кабіни, розташованої на становій несній частині («спині») конструкції машини. Саме мічиганський прототип та роботи, проведені під керівництвом проф. Шиглі дали значний обсяг емпіричних даних щодо реалізовності/нереалізовності раніших конструкторських задумів крокувальних машин. Трохи пізніше, Шиглі опублікував у стислому вигляді висновки за підсумками проведених досліджень у журналі «Нью саєнтист». На початку 1960-х років у Лабораторії сухопутної локомоції Детройтського арсеналу[en] у Воррені, штат Мічиган, сконструйовано павукоподібний крокувальний пристрій із кривошипним механізмом перетворення енергії обертання двигуна в поступальні рухи опорних кінцівок[4].
Проте, всі перелічені експерименти швидше призначалися не для підтвердження, а навпаки, для спростування науково-практичним способом різноманітних теорій та ідей, і здійснювалися або на малих фондах, або самофінансуванні. Інтенсифікація робіт зі створення крокувальних машин (переважно зооморфного вигляду, на чотирьох та шести опорах) у США припала на середину 1960-х років і збіглася за часом з інтенсифікацією американського військового втручання у Південно-Східній Азії під час Другої індокитайської війни. У зв'язку з виявленою на початковому етапі ескалації військових дій у В'єтнамі непідготовленістю Збройних сил США до дій у тропічних і субтропічних лісах, підприємства американської військової промисловості кинулися спішно заповнювати виявлену прогалину, навперебій пропонуючи командуванню сухопутних компонентів різних видів озброєнь, які відрізнялися підвищеною прохідністю в порівнянні з традиційними колісними та гусеничними машинами, що дало поштовх розвитку машин зі шнекороторним рушієм[en], машин із гнучким шасі (англ. flexible frame vehicles), зчленованих машин[en], машин з еліпсоїдними колесами, гусеничним рушієм із надувними котками, бойових і транспортних машин на повітряній подушці, різного роду підлітальних машин і «летючих джипів», засобів індивідуальної аеромобільності на реактивній і гвинтовій тязі. Набули розвитку й крокоходи.  21 квітня 1964 року на Нью-Йоркській всесвітній виставці[en] працював павільйон Департаменту армії США «Армійська мобільність: Погляд у майбутнє» (англ. Army Mobility Looks to the Future), де серед восьми перспективних концептів футуристичних засобів забезпечення рухливості сухопутних військ у вигляді ескізів та картин було представлено крокохід «Ленд-Вокер» (англ. Army Landwalker) на чотирьох опорних кінцівках («ногах») з чотирма важелевими маніпуляторами («руками»), офіцери транспортно-логістичної служби роз'яснювали відвідувачам виставки напрямки роботи науково-дослідних установ Транспортного управління[en] і потенціал застосування зазначеного типу машин[5]. Агентство з перспективних науково-дослідних розробок США (ДАРПА), що традиційно опікувалося різного роду революційними ідеями, ініціювало програму «Еджайл» (AGILE), у рамках якої фінансувався цілий ряд проєктів транспортних засобів з нетрадиційними варіантами рушія, що проходили також випробування в континентальних штатах, а також у контрольованій американським військовим контингентом зоні Панамського каналу (відомо, що випробування пройшло понад тридцять дослідних прототипів машин з різним типом рушія, однак, достовірно невідомо чи серед них були зразки крокувальної техніки). Спектр потенційного застосування крокоходів передбачав залучення їх для протипартизанських заходів, форсування водних перешкод з крутими берегами та швидкою течією, марш-кидків у гірсько-скелястій місцевості. В цілому, сама атмосфера 1960-х років, розмаїття досягнень науково-технічного прогресу того періоду впроваджених у повсюдний ужиток, сприяли освоєнню різноманітних революційних напрямів розвитку техніки військового та невійськового призначення, — ні до, ні після того десятиліття нічого подібного за масштабом і розмахом у світовій історії не спостерігалося. Політ технічної фантазії проєктувальників стримували лише реальні можливості крокувальної техніки (які були дуже обмеженими), наявна виробнича база та органи бюджетного контролю, які нещадно «рубали» перспективні напрямки робіт, «вибиваючи» фінансування з-під будь-яких проєктів і повертаючи їх на стадію паперового проєктування. Логіка раціоналізаторів, що підводили під проєкти такого роду фінансове та виробничо-технічне обґрунтування, була досить простою і спиралася на судження про високу прохідність даного типу техніки:[6] «На певних типах місцевості кінь вартістю п'ятдесят доларів перевершить танк вартістю чверть мільйона доларів»[7].  Проблема з технічною реалізацією зазначеного судження полягала в тому, що варіанти втілення «механічних коней» у металі обходилися не набагато дешевше, ніж танки за чверть мільйонів доларів. Крім того, промислове лобі, що живилося від танкових заводів, які випускали гусеничну бронетехніку і пов'язане з вищими політичними колами, не дало б ні під яким приводом посягнути на застовплені ним сектори федерального бюджету, тому не було навіть мови про прийняття на озброєння та серійне виробництво в найближчій перспективі. Проте, промисловому гіганту «Дженерал електрик» вдалося монополізувати напрямок розвитку крокувальної техніки (свої власні проєкти індустріальної робототехніки вели «Дженерал електрик», «Дженерал моторс», «Вестінгауз»)[8] і отримати низку замовлень на проведення дослідно-конструкторських робіт відділом озброєння підрозділу військової електроніки (Ordnance Department of the Defense Electronic Division) у Пітсфілді, штат Массачусетс. Значною мірою, «рушіями» цього процесу виступали самі ж співробітники компанії, які тривалий час у приватному порядку експериментували з крокоходами, головним ідейним натхненником яких можна назвати Ральфа Мошера, який багато років присвятив роботі над цією тематикою. Паралельно з «Дженерал електрик» проєкт власної «крокувальної вантажівки» (з кузовом як у звичайної вантажівки) розробляли під керівництвом Рональда Лістона в підрозділі сухопутної локомоції Лабораторії засобів забезпечення рухливості (Land Locomotion Division, Mobility Systems Laboratory) Автобронетанкового управління Армії. Тоді ж Лістон отримав спеціальну премію Міністра армії США на проведення досліджень зі заданої тематики спільно з науковцями Мічиганського технологічного університету[en], що підкреслювало важливість та пріоритетність цього напряму досліджень для військового керівництва[9]. Проте роботи не просунулися далі створення інженерами дерев'яних макетів у натуральну величину і одного незавершеного дослідного прототипу Автобронетанкового управління, а також одного дослідного прототипу компанії «Дженерал електрик», який пройшов випробування, але не пішов у серію[7][10]. На початку 1970-х років дії американських військ на сухопутному театрі військових дій В'єтнамської війни стали сходити нанівець, звівшись до нанесення авіаударів по великих адміністративно-промислових центрах противника і дій тактичної авіації в своєму тилу. В цих умовах сухопутні машини підвищеної прохідності стали не потрібними і практично всі проєкти такого роду до того моменту були припинені, багато з них назавжди. Радянські досліди цього ж періоду в напрямку створення певної подоби крокоходів для практичного використання під водою, обмежилися серією безлюдних телекерованих апаратів (інформаційно-керувальних комплексів) «Манта», розроблених Інститутом океанології АН СРСР[ru] і випробуваних у 1971—1973 роках[11].
Зразки крокувальної техніки, що залишилися у вигляді креслень, макетів і кадрів документальної кінохроніки, інспірували письменників-фантастів і діячів американського кінематографа включити її у свої твори. Друге народження крокувальної техніки в США відбулося на хвилі завершення періоду розрядки та повторного наростання міжнародної напруженості в період чергового витка американсько-радянської конфронтації. На хвилі ініційованої Президентом США Рональдом Рейганом програми Стратегічної оборонної ініціативи («Зоряних воєн») отримали розвиток низка проєктів створення зброї на нових засадах. Серед інших, у липні-серпні 1983 року Університет штату Огайо в Колумбусі отримав контракт на розробку «крокувального танка[ru]» (англ. walking tank). У науковій пресі цей епізод прокоментували жартами, що військове командування надивилося фільмів з циклу «Зоряні війни» (де були дуже реалістичні батальні сцени з «імперськими крокоходами» на двох- і чотирьох кінцівках). Підставою для вкладення бюджетних коштів була та сама проблема підвищення прохідності сухопутної техніки, оскільки в агентстві наполягали на тому, що половина земної поверхні принципово непрохідна для колісної і гусеничної техніки[12]. Третє народження крокувальної техніки, тепер уже роботизованої, без оператора всередині, припало на період американського військового втручання в країнах третього світу, але знову не просунулося далі за створення дослідних прототипів. ГібридиПропоненти створення та впровадження крокувальних машин, зокрема той же Мошер, розуміючи, що увагу вищого керівництва втрачено безповоротно, намагаючись реанімувати саму ідею крокоходів, пропонував проміжні та комбіновані варіанти рушіїв: колісно-крокувальні, гусенично-крокувальні, крокувально-плавучі тощо. У всіх перерахованих випадках машина мала основний та допоміжний рушії. Крокувальним кінцівкам відводилася роль допоміжного рушія, призначеного, наприклад, для руху по м'яких, хитких і в'язких ґрунтах,[13] самостійного витягання машиною себе самої з в'язкого ґрунту,[14] буксирування, підштовхування та виштовхування інших застряглих машин,[15] надання машині стійкого положення на нерівному ґрунті для точнішого наведення озброєння та виконання іншої корисної роботи,[16] створення додаткових точок опори для компенсації сили віддачі ствольної зброї, збільшення маси вантажу, що переміщується при вантажно-розвантажувальних роботах,[17][18] обслуговування підводних військових об'єктів і баз,[17] а також для інших потреб. Альтернативним варіантом були машини з модульними важелевими пристроями (англ. modular legs), що дозволяють машині виконувати функції підйомного крана, буксира тощо. В такому разі йшлося вже не про крокувальні, а про важільні машини, де один чи більше важелів могли використовуватися для різної механічної роботи, зокрема й для пересування машини-носія[19]. Крім описуваних вище машин з опорними кінцівками, пропонувалися варіанти колісних крокоходів (англ. wheel walker), де опорами були поздовжні колісні пари на гнучкій незалежній підвісці, що крокують методом провороту колісної пари навколо її осі[20].
Роботизовані машини У другій половині 1980-х корпорації Мартін-Маріетта вдалося підвести фінансування ДАРПА під чергову програму створення автономних сухопутних машин (англ. Autonomous Land Vehicle Project) з різними типами рушіїв[21]. У цьому випадку під «автономними» розумілися роботизовані машини без операторів і без кабіни, що діють у повністю автономному режимі за закладеною програмою, або в напівавтономному режимі за командами з пульта дистанційного керування. Початковим етапом програми стало комп'ютерне моделювання пересування тварин (англ. Computer Simulation of Animal Navigation, CSAN),[22] для чого розробили спеціальний програмно-апаратний комплекс з різними типами модельованої місцевості[23]. Наскільки далеко вдалося просунутися інженерам з Мартін-Маріетта залишається невідомим. Хронологія
Нижче перераховано основні віхи в розвитку крокувальних машин:
У науковій фантастиціОдна з перших появ крокувальних машин відбулася у книгах класиків фантастики: Жюля Верна, в його романі «Паровий Дім», і в Герберта Веллса в романі «Війна світів». У масовій культурі
Див. такожПримітки
Література
Посилання
|
||||||||||||||||||||||||||
